MIE 700 – REDES DE DISTRIBUCION ELECTRICA

Resumen— Ante la esperada llegada de los vehículos eléctricos (VE), se debe considerar el impacto de su conexión en el proceso de planificación y operación de las redes de distribución para evitar problemas de abastecimiento conforme crezca su participación en los parques vehiculares, situación que se observará a medida que la capacidad de almacenamiento de sus baterías aumente, disminuya su precio de adquisición y exista la disponibilidad de puntos de carga en la red eléctrica. El documento presenta información general de la problemática que implicara el desarrollo de estos VE y los principales desafíos que se tiene por delante para la mejora en la gestión y control de la red de distribución eléctrica al verse sometida a una alta presencia del parque vehicular eléctrico.

Índice de Términos— VE(vehículo eléctrico), VEH (vehículo eléctrico hibrido), PEV(vehículo eléctrico conectable), V2G (vehicle to grid),rID(red inteligente de distribución), Agregador.

I. INTRODUCCIÓN

os vehículos que utilizan combustibles fósiles no constituyen un recurso de movilidad sustentable. Ello

debido a la volatilidad de los precios de los combustibles y a problemas relacionados con el medio ambiente y la salud pública. Para reducir estos problemas, la industria del transporte está evolucionando hacia el diseño y la fabricación de vehículos más eficientes, confiables, inteligentes y de alto rendimiento [1].

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En este sentido, se estima que en los próximos años existirá una alta penetración de vehículos eléctricos (PeV -Plug-in Electric Vehicles-), los cuales requerirán conectarse a la red eléctrica de distribución para consumir, almacenar y suministrar energía eléctrica [2].Se han desarrollado diversas tecnologías para propulsar los PeV, tales como baterías y celdas de combustible [3].Se destaca el uso de baterías debido a los grandes avances realizados en este campo.Por otra parte, sin una adecuada programación y control del tiempo y de los procesos de carga-descarga de los PeV, la red eléctrica de distribución puede presentar problemas de sobrecarga del equipamiento eléctrico, congestión de líneas y/o pérdidas de energía; lo cual puede conducir a severos problemas de calidad de energía y déficit. Además, la complejidad del problema aumenta cuando el operador de la red de distribución gestiona estos procesos directamente con cada uno de los PeV. Ello debido a la gran cantidad de variables e incertidumbres involucradas en los procesos de carga y descarga de los PeV.

Un gran despliegue de vehículos eléctricos implicará: Evaluación de los impactos que la carga de la batería

puede tener en el funcionamiento del sistema; Identificación de gestión operativa adecuada y

estrategias de control en relación con los períodos de carga de baterías;

La identificación de las mejores estrategias que se adopten con el fin de utilizar preferentemente fuentes de energía renovables para cargar vehículos eléctricos;

Evaluación del potencial EV para participar en la prestación de servicios de sistemas de energía, incluidas las reservas de provisión y entrega de potencia, dentro de un concepto V2G.

Este documento tiene como objetivos dar a conocer las principales impactos que traen los vehículos eléctricos al conectarse a la red de distribución eléctrica y los desafíos hacia le mejora del control y gestión de la red.

II. DESARROLLO DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO.El principio general de un VE es relativamente simple. La energía eléctrica se almacena en una batería presente a bordo del vehículo. Cuando se requiere, la batería alimenta el motor eléctrico que convierte esta energía en cinética.

Existen formas variadas de diseños que determinan diversos tipos de VE que se diferencian según su manera de aprovechar la energía eléctrica almacenada en sus baterías, con el fin de propulsar el vehículo y abastecer los sistemas auxiliares. Dentro de estos diversos tipos se distinguen dos grandes categorías: el vehículo eléctrico híbrido (VEH), y el vehículo eléctrico conectable (VEC), más conocidos en la literatura internacional por HEV y PEV por la abreviación en inglés de “Hybrid Electric Vehicle” y “Plug Electric Vehicle” respectivamente.

A. Vehículo eléctrico hibrido:

Estos vehículos están conformados por un motor de combustión interna y un conjunto eléctrico de generador y/o motor además de baterías eléctricas. El mayor desafío de los diseños de los VEH es administrar dos fuentes de energía, provenientes del combustible o de la electricidad almacenada en sus baterías, dependiendo del ciclo de conducción. En estos vehículos las baterías están en todo momento interviniendo en

Impacto de los vehículos eléctricos en las redes de distribución

Cristian Vera MoyaEscuela de Ingeniería Eléctrica – Pontificia Universidad Católica de Valparaíso.

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ciclos de carga y descarga de acuerdo a los requerimientos de conducción.

Configuración hibrido paralelo:

En esta configuración se utiliza fundamentalmente la tracción eléctrica para mejorar la eficiencia energética del motor de gasolina (Figura 1).

Figura 1: Configuración Híbrido paralelo

Configuración hibrido serie:

En vez de usar una propulsión mixta combinando ambos motores, el principio de estos vehículos es utilizar un motor de combustión interna para recargar las baterías que alimentarán posteriormente al motor eléctrico

Figura 2: Configuración hibrido serie

B. Vehículo eléctrico conectable

El gran potencial del vehículo eléctrico es su posibilidad de independizarse del petróleo mediante la conexión a la red. A medida que las baterías eléctricas se desarrollen, será conveniente que una gran parte de la energía utilizada en el transporte sea eléctrica y para ello son necesarios vehículos que puedan recargar sus baterías a través de una conexión a la red eléctrica. Dentro de esta categoría hay que distinguir entre dos vehículos: los vehículos eléctricos de batería (VEB), y los vehículos eléctricos híbridos conectables (VEHC), más conocidos como BEV o PHEV en la literatura internacional por la abreviación en inglés de “Battery Electric Vehicle” y “Plug Hybrid Electric Vehicle” respectivamente.

Vehículo eléctrico de batería: Este tipo de vehículos posee exclusivamente un motor eléctrico. La energía eléctrica se almacena en una batería a bordo del vehículo y cuando se requiere energía, la batería alimenta el motor eléctrico quien transforma la energía en energía cinética para permitir el desplazamiento. Se trata de vehículos que cuentan únicamente con propulsión eléctrica y tienen por lo tanto como principal inconveniente que su

autonomía se relaciona directamente con la capacidad y tamaño de las baterías que lleva a bordo.

Vehículo eléctrico hibrido conectable:Este tipo de tecnología reúne las ventajas de los vehículos de combustión interna y de los VE en general. Teniendo en cuenta que, como se ha mencionado, en la actualidad la autonomía de los vehículos de batería eléctrica que se están comercializando no permite una autonomía suficiente como para recorrer grandes distancias sin tener que volver a recargarse; este tipo de vehículos se perfila como el más atractivo de la próxima generación de automóviles.

El VEHC es una extensión directa del concepto de VEH, pues tan sólo consiste en incorporar baterías de mayor capacidad que le permiten funcionar más tiempo en modo eléctrico puro, además de la posibilidad de recargar estas baterías mediante conexión a la red eléctrica. Es importante destacar que las hibridaciones del tipo serie o combinado son las únicas susceptibles de ser conectadas a la red eléctrica. Los vehículos híbridos de tipo paralelo carecen de esta posibilidad.

Figura 3: Configuración hibrido conectable

Del análisis anterior, tenemos que existen vehículos eléctricos conectables y los no conectables. Aquellos no conectables necesariamente requieren ser híbridos de modo de poseer un medio adicional a la electricidad para su desplazamiento, en cambio, los conectables pueden ser híbridos o puramente eléctricos. Los vehículos no conectables o VEH, no son de interés en este documento, pues no tienen ninguna relación con la red eléctrica y por lo tanto no se consideran dentro del parque vehicular que podría afectar los sistemas eléctricos.

En efecto, el parque vehicular que impactará en las redes eléctricas es aquel que requiera conectarse a éstas para recargar sus baterías. Este impacto será importante cuando exista una participación importante de VEC en el parque automotriz de las ciudades, producto de un traspaso de la movilidad por combustión interna a una movilidad eléctrica en los sistemas de transporte.

Este reemplazo se dará de manera gradual y con diferente preponderancia, en el transporte público o privado, en función no solo de características técnicas, sino que también de las políticas públicas que implementen los gobiernos [3]. Por ejemplo, en el mercado europeo y japonés el transporte público es el medio natural de movilizarse a diferencia del

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mercado de EEUU en que el vehículo particular es usado muy frecuentemente para movilizarse diariamente. En lo que se refiere a Chile, el modelo es más similar a EEUU, por lo que se espera que la llegada de los VE sea principalmente de tipo particular y con modelos de comportamiento similares a los que se observan en las ciudades norteamericanas en que ya existe un naciente parque vehicular eléctrico privado.

III. IMPACTO DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO EN EL SISTEMA ELÉCTRICO

A continuación se presentan los efectos que se espera se produzcan en los sistemas eléctricos a medida que se vayan generando importante parques de VE en las ciudades. Estos efectos se agrupan en relación a capacidad de las redes y calidad y continuidad del suministro, considerando la posibilidad de los VE de generar procesos de carga o descarga desde y hacia el sistema eléctrico.

A. Efectos de la carga de vehículos eléctricos en la demanda eléctrica del sistema

La implantación del VE en forma masiva en las ciudades representa un nuevo desafío en lo que a diseño, desarrollo y mejora de las redes eléctricas se refiere de modo de poder satisfacer las necesidades de conexión de los usuarios y la necesidad de energía y potencia del parque vehicular.

La demanda de energía eléctrica de una urbe se caracteriza por una fuerte variabilidad temporal determinada por la temperatura, el número de días laborales en un mes y la actividad económica de la población.

La combinación de todos estos factores determina que la curva de carga diaria de un día se caracterice por lo general por un mayor consumo en las horas del mediodía y la tarde y un menor consumo en la madrugada, lo que puede variar según las estaciones del año y se acentúa en los días de demanda máxima anual del sistema. Por ello, una forma de obtener mayor aprovechamiento del sistema eléctrico, podría ser mediante la recarga nocturna de las baterías de los VE, lo que permitiría disminuir los valles existentes en las noches y así aplanar la curva diaria y estacional de carga, disminuyéndose de esta forma los pronunciados valles y picos que generan diversos problemas técnicos ya mencionados y costos económicos indeseables en los sistemas eléctricos. De esta manera, se logra una curva de duración de carga con menor dispersión entre su punto máximo y mínimo, y por ende, un uso más eficiente de la potencia instalada de generación del sistema eléctrico.

Figura 4: Perfil de carga de un día típico [4]

Sin embargo, considerando que actualmente el modelo de carga de los vehículo de combustión interna es cargar combustible en estaciones de servicio en el momento que se requiera, a cualquier hora del día y durante unos pocos minutos, es evidente que de existir la inserción masiva de VE en las ciudades se deberá promover un cambio de hábito de los automovilistas. En efecto, una encuesta aplicada a la población Europea por parte del proyecto MERGE permite identificar la diferencia entre lo que el usuario esperaría de los VE en comparación a los VCI. Esta preferencia se presenta en la Figura 5.

Figura 5: Preferencia en el proceso de recarga de los VE

De los resultados de la Figura 5 se puede concluir que para lograr aprovechar más óptimamente el sistema, se deberá incentivar un cambio de hábito en la recarga del vehículo, enfocado a que los VE sean cargados en la noche y durante un tiempo largo a baja potencia mediante un proceso de carga del tipo lento, a diferencia de la costumbre preferente de carga de los VCI presentada en la figura, que indica el momento de carga a cualquier hora del día en tiempo corto, y por lo tanto más parecido al proceso de carga rápida.Para ello se deben usar incentivos tarifarios hacia los propietarios de los VE que promocionen la carga nocturna en modalidad de carga lenta en horas de valle de la curva de demanda eléctrica. De esta forma, se podrá lograr un desplazamiento de la curva de carga, mediante una gestión de

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la carga de los VE, desde las horas en que sus conexiones podrían coincidir con la punta del sistema, a las horas de valle de la curva de carga. Por último, es importante mencionar además del efecto en la curva de carga y la potencia en punta, que existen diversos estudios que apuntan a la necesidad de una gestión coordinada de muchos puntos que pueden demandar o aportar energía simultáneamente, si se produjera un cambio estructural dentro de las composiciones de los parques vehiculares. En ese entonces será fundamental la existencia masiva de “smart grids”, o redes inteligentes, las cuales permitirán contar con sistemas V2G (Vehicle to Grid) que permitirán que el flujo de electricidad fluya desde la batería del automóvil hacia las líneas de distribución eléctrica y viceversa, mediante los procesos de carga y descarga.

B.Efectos de la carga de los vehículos eléctricos en la infraestructura del sistema eléctrico de distribución

Desde el punto de vista de la red de distribución el impacto y el reto estará en la necesidad de acercar los puntos de alimentación de electricidad hasta los lugares donde se estacionan los autos y establecer la logística de funcionamiento y cobro a los usuarios.

En lo que se refiere a los puntos de conexión para carga lenta, debido a la existencia de redes eléctricas distribuidas por las ciudades, existe la posibilidad de abastecimiento desde cualquier lugar urbano. Sin embargo, no siempre existen lugares de conexión a corta distancia del lugar de estacionamiento de los vehículos, especialmente en el caso de los edificios, en que a diferencia de una casa particular, los estacionamientos son compartidos en lugares adaptados especialmente. Por consiguiente el desafío corresponde a la injerencia de los proyectos eléctricos futuros de las constructoras de edificios en el sentido de adaptación de los lugares de estacionamiento masivo en edificios comerciales y residenciales.

Para ello, se debe considerar la instalación de medidores inteligentes que no suponen un reto tecnológico importante, pero si una planificación de instalación por parte de las empresas distribuidoras de energía eléctrica. Mediante estos contadores se podrá establecer la comunicación entre el auto del consumidor y el gestor de la red para por ejemplo variar la potencia de conexión, cortar la energía ante contingencias o comprar energía almacenada en baterías en el caso de un VEHC. El uso de este tipo de herramientas exigiría previamente importantes desarrollos en comunicaciones y logística, en definitiva, en lo que se denomina la redes inteligente o “Smart grids” [5]. La Figura 6 presenta los diferentes niveles de interacción entre los actores conectados mediante una red inteligente para efecto de la carga o descarga del VE.

Figura 6: Interacción entre los actores en un proceso de carga con redes inteligentes

Por lo tanto, en lo referido al impacto en la infraestructura, se infiere que mucho más importante que el lugar de emplazamiento de la recarga es la forma como se realizará: de forma lenta o rápida [6].

Esto porque considerando magnitudes de energía de las baterías de los vehículos conectables una carga de aproximadamente 30 minutos no podría hacerse desde un enchufe doméstico de 220 V, ya que exigiría corrientes para la red de baja tensión domiciliaria del orden de los 30 a 60 [A] a diferencia de la carga lenta que requeriría en este caso una corriente del orden de 10 [A] durante 5-6 horas [7]. Por ende se debe considerar adaptar la infraestructura de la red para que ocurra la carga rápida en lugares habilitados y diseñados con una conexión trifásica de al menos 400 V para realizar la carga en menos de una hora.

Por consiguiente de acuerdo a la experiencia internacional, en la vía pública se deberán habilitar lugares de carga rápida en que el consumidor realiza el pago mediante un sistema de tarjetas de prepago, y conectándose a instalaciones que cuentan con equipos de protección eléctrica. Estos puntos, por basarse en el concepto comercial de las estaciones de bencina o “bencineras” convencionales, se denominan “electrolineras”.Por último, existe la posibilidad de conexión a altos voltajes, del orden de 12 [KV], que corresponden a redes eléctricas de media tensión MT. En estos casos, se requiere de una instalación mucho más sofisticada, considerando el transformador e interruptor principalmente, por lo cual se hace rentable en la medida que se esté pensando en la conexión de múltiples cargas, lo que puede ser atractivo para una empresa de transporte público por ejemplo.

Todas estas posibles modificaciones de las redes para ubicar los puntos de carga según cada caso, deben ser estudiadas y analizadas por parte de los diferentes actores involucrados en el mercado del VE, en particular por el dueño y operador de la red eléctrica de distribución.

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La diferentes alternativas de ubicación de puntos de carga se representan en la Figura 7, distinguiéndose las posibilidades de recarga en lugares públicos o privados, según tipo de vehículo y de tipo de carga.

Figura 7: Posibles ubicaciones de los puntos de carga.

La adaptación de las redes para ubicar estas diversas modalidades de carga será paulatina a medida que se masifique el VE, pero a la vez la existencia de esta infraestructura de recarga es una condición vital para que el VE pueda comercializarse y tener niveles de participación importantes en los parque vehiculares.

Considerando que existirá un período transitorio que puede durar varios años, más aun teniendo en cuenta los actuales precios de venta de los VE durante los cuales el parque de VE en las ciudades no superará el 2 a 5% del parque total, existe un tiempo prudente para que las adaptaciones de infraestructura necesaria se realicen durante estos años en las ciudades creando paulatinamente la infraestructura de recarga adecuada al nivel de crecimiento de VE dentro del parque automotriz de las ciudades, y por consiguiente de la demanda de un futuro parque vehicular eléctrico urbano.

C.Efectos de la descarga de los vehículos eléctricos en el sistema eléctrico

Tal como ya se ha mencionado, los VEHC al igual que todos los vehículos eléctricos conectables, pueden ser considerados como cargas que pueden servir para aumentar la generación de las plantas durante los períodos de baja demanda, considerando que la carga de los vehículos se puede efectuar durante la noche.

Sin embargo, en forma complementaria los VEHC pueden proveer energía para abastecer los momentos de máxima demanda por medio de la descarga de la energía almacenada en las baterías. Estos vehículos pueden por tanto ser una alternativa económica a los generadores convencionales usados para esos casos, más aun considerando que estos se debieran encontrar hipotéticamente distribuidos en los mismos

centros de cargas, reduciendo las pérdidas asociadas a la transmisión y distribución; siendo por lo tanto un posible sustituto para las plantas de generación abastecedoras de los picos de demanda del sistema. En consecuencia, el despacho óptimo de los VEHC puede afectar sin duda los patrones de demanda de energía eléctrica, aumentando los factores de utilización de las plantas y reduciendo los costos promedios del sistema. Estas constantes cargas y descargas de una flota de PHEV deberá efectuarse controlada directamente o indirectamente desde un despacho de carga de modo de maximizar el valor económico de los VEHC. Por medio de un control directo, desde el sistema se puede enviar una señal hacia un vehículo o un grupo de vehículos. El control directo también puede ser ejecutado por medio de un “agregador” de demanda, que correspondería a una empresa que vendería esta demanda agregada al sistema en el mercado eléctrico. Otra alternativa es por medio de un control indirecto, que implicaría un sistema inteligente de respuesta en tiempo real que se conecte para vender o comprar energía en el momento apropiado.

D.Efectos de la ubicación de los puntos de carga en la demanda eléctrica

La ubicación de los puntos de carga es un paradigma que no puede analizarse exclusivamente con los modelos de la red de transporte”. En efecto, es importante considerar que los vehículos no se conectarán necesariamente a la red de distribución en los lugares de mayor capacidad instalada, sino en función de sus necesidades, características de movilidad y los puntos de ubicación de los cargadores públicos. Es decir, la planificación de electrolineras como estaciones de recarga rápida y los estacionamiento públicos, como lugar de masiva recarga lenta, será ejecutada de acuerdo a estos criterios de instalación por parte de clientes comerciales que requerirán de potencias localizadas en ciertos alimentadores de baja o media tensión de la red de distribución, lo que puede significar, eventualmente la necesidad de reforzamiento de las redes de distribución o de nuevas instalaciones de transformación AT/MT o MT/BT por parte de la distribuidora eléctrica. [6].

En efecto una experiencia realizada por la empresa se Japonesa Tokyo Electric Power- TEPCO ha demostrado que si no existe una red de carga independiente, la expansión del uso del VE es muy limitada por parte de los usuarios, debido a la necesidad de disponer psicológicamente de una alternativa dentro del rango de movilidad. Esos resultados cambiaron drásticamente instalando un cargador púbico, lo que aumentó considerablemente el rango medio de desplazamiento de los vehículos en la ciudad de Tokyo, como se observa en la Figura 8.

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Figura 8: Área cubierta antes y después de introducción de Cargador rápido en Tokio

Lo anterior permite concluir que la ubicación de los puntos de carga rápida son un factor relevante para determinar el grado de uso de los VE y por consiguiente su demanda para la red de distribución, factor que será relevante en la medida que la carga rápida sea más común que la carga lenta, por existir baterías de gran capacidad o por existir diversos puntos de carga rápida instalados en la ciudad.

E. Efectos en la regulación y el mercado eléctrico

En un futuro, se deberá revisar la regulación del sector eléctrico producto del impacto en las redes y el surgimiento de nuevos modelos de negocio, principalmente en torno a temas de tarifas de recarga y especificaciones técnicas de los equipos.

La regulación y reglamentación deben ser favorables al VE si se desea que su penetración tenga éxito, al menos al inicio donde existen barreras de entrada, siendo la principal el costo de adquisición. Se debiera incidir en el ámbito de la comunidad de vecinos para facilitar la instalación de puntos de carga, en el ámbito urbano dando facilidad de acceso y circulación a los VE mediante vías prioritarias, ventajas de estacionamiento, etc; y en el ámbito de la regulación eléctrica facilitando tarifas diferentes y la existencia de comercializadores de energía eléctrica para fomentar la competencias y mejores tarifas eléctricas.

Además, se debe considerar que los sistemas de potencia requieren de servicios auxiliares tales como regulaciones de frecuencia y reservas en giro. Por último, la conexión de las baterías a la red demanda una energía eléctrica con características diferentes a otro tipo de carga eléctrica. Se requiere incorporar elementos de electrónica de potencia que pueden afectar los factores de carga, los armónicos y el control de tensión de la red que deberán estar regulados [8].

IV. DESAFÍOS Y SOLUCIONES PARA UNA OPERACIÓN EFICIENTE

Este contexto plantea nuevos paradigmas respecto de la operación de la red de distribución en tiempo real. En este sentido, los operadores de la red de distribución requieren de sofisticados sistemas de gestión técnica y energética para satisfacer eficientemente los requerimientos impuestos por el nuevo rol activo que desempeñarán los PeV. Para enfrentar con éxito los nuevos paradigmas, es fundamental transformar las redes actuales de distribución en redes inteligentes de distribución (rID). Una rID se puede definir como una

combinación sinérgica de la red de distribución existente con nuevas y renovadas tecnologías de comunicación, medición, control y operación. Ello con el objetivo principalmente de integrar “de manera inteligente” las acciones de generadores, consumidores y agentes que desempeñen ambas funciones -prosumers; integrar grandes volúmenes de información; mejorar la eficiencia de los sistemas de distribución e incrementar la confiabilidad y calidad del suministro [9].

Figura 9: Red actual de distribución y RID

La Figura 9 muestra un esquema de diseño y funcionamiento de la red actual de distribución y de la rID. En la misma se observan los elementos que forman parte de cada red eléctrica y la interacción existente entre ellos. A diferencia de la red actual, la rID incluye generación descentralizada y flujos bidireccionales de potencia y comunicaciones.

Como se mencionó anteriormente en este documento una forma de controlar el despacho de carga es por medio de un agregador, es aquí en donde autores trabajan en este tema [9], en este sentido, describen las características y funcionalidad de los agregadores. Además, propone una estructura jerárquica de control y analiza el rol de los agregadores en el despacho económico de una red de distribución que integra una gran cantidad de vehículos.

A. Agregadores de PEV

De acuerdo con la literatura, el agregador puede ser considerado de tres maneras distintas: como un comercializador minorista de energía eléctrica, como un prosumer o como un sistema de gestión de energía para los PeV. En los dos primeros casos, el agregador representa a entidades que operan de forma independiente y que interactúan con el operador de larID para comprar y vender energía eléctrica. Estas entidades utilizan un modelo de negocio que les permite maximizar su beneficio económico y satisfacer sus acuerdos contractuales. En el tercer caso, el agregador representa un sistema de gestión basado en software a cargo de la empresa de distribución, que requiere de avanzadas tecnologías de control y comunicación para su óptimo desempeño. En este sentido, el agregador incluye a dispositivos ubicados estratégicamente en las rID, los cuales interactúan frecuentemente con los

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sistemas DMS y con sistemas de control de niveles inferiores y de mayor desagregación. Estos agregadores poseen capacidad de gestionar los procesos de carga y descarga de un conjunto determinado de PeV. Su ubicación dependerá de la arquitectura de control utilizada. En función de ello, pueden estar ubicados en estaciones de transformación AT/MT, estaciones de transformación MT/BT o al ingreso de viviendas y parqueaderos públicos o privados.

La clasificación de los agregadores es extensa y guarda relación con aquella diseñada para plantas virtuales de energía. En este sentido, los agregadores pueden ser clasificados de acuerdo a la tarea que deben cumplir, a las estrategias de control y sistema de comunicaciones utilizados, y a la función que desempeñan. A continuación se describen los agregadores que puede utilizar una empresa de distribución para gestionar la carga y descarga de PeV:l

De acuerdo a su función:

Puede operar como un agente de información o como un controlador central. En el primer caso, el agregador es el responsable de la transferencia de información entre los elementos de generación y/o consumo y los demás participantes involucrados en la operación de la rID. En el segundo caso, coordina el funcionamiento de los elementos de generación y/o consumo, priorizando el equilibrio entre generación-demanda y buscando obtener beneficios económicos por la venta del exceso de energía eléctrica producida.

De acuerdo a su estructura de control:

Puede utilizar una estructura de control centralizada o descentralizada. La siguiente sección describe en detalle las características de cada estructura.

De acuerdo al tipo de comunicación:

Los agregadores pueden ser de comunicación unidireccional o bidireccional.

B. Rol del agregador de PEV

Los autores [9] consideran al agregador como un sistema de gestión basado en software que está a cargo de la empresa de distribución y que puede estar ubicado en estaciones de transformación aT/MT, estaciones de transformación MT/BT o al ingreso de viviendas y parqueaderos públicos o privados. En este contexto, el agregador constituye un sistema-interfaz entre los sistemas DMS y los sistemas de carga-descarga de los PeV, el cual recopila datos desde los sistemas de carga-descarga, los procesa y envía

información relevante y resumida a los sistemas DMS. La información recopilada por los agregadores incluye características de las baterías, tipo de PeV, características del sitio de carga, estado de carga de las baterías. La cantidad de energía consumida-suministrada por cadaPeV y el tiempo de conexión de los vehículos a la rID. Por otra parte, la información recibida por los sistemas DMS incluye la demanda de potencia y energía. Luego, en el centro de control de distribución se elabora el DE para el día siguiente, cuya formulación fue esbozada en la sección anterior.

Los resultados del DE son enviados a los agregadores, los cuales distribuyen esta información a todos los PeV ubicados en su zona de cobertura. En función de esta información, los sistemas de carga-descarga ajustan sus parámetros de control. De estos resultados principalmente interesa el precio de la energía, debido a que en función de ello y del estado de carga de las baterías, los propietarios de los PeV decidirán si es conveniente comprar o vender energía.

Además, los agregadores pueden ser programados para restringir el servicio a los PeV cuando no exista energía suficiente para satisfacer toda la demanda, o cuando exista un deterioro de la calidad del servicio y/o seguridad del sistema. Ello en coordinación con los sistemas DMS. Gracias a los agregadores, los operadores de los centros de control de distribución pueden utilizar grandes volúmenes de información relacionada con los PeV y el estado operativo de la rID. De esta manera, ellos pueden gestionar diversas tareas vinculadas con la operación de la red eléctrica, minimizando las incertidumbres asociadas.

En resumen, resulta fundamental desarrollar nuevos dispositivos tecnológicos, algoritmos y herramientas de cálculo, que permitan gestionar eficientemente diversas tareas de operación y planificación. Una de esas tareas es el despacho económico de corto plazo, cuyo propósito es programar el uso adecuado de los recursos de suministro disponibles para satisfacer la demanda eléctrica al menor costo posible. Los agregadores constituyen una alternativa que facilita la coordinación y elaboración del despacho económico. Estos dispositivos reducen la complejidad de la interacción directa entre los operadores de la red de distribución y los sistemas de carga descarga de los vehículos. Junto a ello, permiten recopilar dato desde los elementos inmersos en su área de cobertura y enviar información relevante a los sistemas DMS. En este contexto, el documento de Benalcázar, Samper y Vargas [9] brinda una descripción de los agregadores e indica los procesos a considerar en el despacho económico de corto plazo. Esta información puede servir como guía para futuras investigaciones asociadas a este campo.

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V. CONCLUSIÓN

El gran despliegue de vehículos eléctricos impondrá enormes desafíos para la operación y administración de los sistemas eléctricos del futuro. Este nuevo escenario requerirá el desarrollo de técnicas adecuadas y operaciones de mercado como los mencionados en este trabajo, con el fin de reducir los impactos negativos que los vehículos eléctricos podrían provocar y a la vez aumentar los potenciales beneficios que traerían.La conexión no controlada de una gran cantidad de vehículos eléctricos, puede afectar severamente el estado operativo de la red eléctrica de distribución. Estos vehículos tienen la capacidad de consumir, almacenar y suministrar energía. En este contexto, es fundamental desarrollar algoritmos y herramientas de cálculo, para despachar económicamente y de manera controlada los requerimientos impuestos por los mismos. Para facilitar esta funcionalidad, se requiere de sistemas que interactúen entre los vehículos eléctricos y los operadores de los centros de control de distribución. Una alternativa para ello es utilizar el concepto de los “agregadores”.

VI. REFERENCIA

[1] A. Emadi, “Transportation 2.0,” IEEE Power & Energy Magazine,pp. 18 – 29, 2011.

[2] A. Bandyopadhyay, L. Wang, V. Devabhaktuni, y R. Green II, “Aggregator analysis for efficient day-time charging of plug-in hybrid electric vehicles,” IEEE, 2011.

[3] CHAN, C y WONG, Y. Electric Vehicles Charge Forward. IEEE Power & Energy Magazine, (24): 25-33, 2004.

[4] Integration of Electric Vehicles in the Electric Power System By Joao A.Pecas Lopes, Senior Member IEEE, Filipe Joel Soares, Student Member IEEE,and Pedro M. Rocha Almeida, Student Member IEEE

[4]DOWNING, N. y FERDOWSI, M. Identification of Traffic Patterns and Human Behaviors. [en línea] Mobile Energy Resources Ingrids of Electricity (MERGE Project).

[5]SOTO, F. y DÍAZ, B. Integración de vehículos eléctricos en el sistema eléctrico español. En: Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid. Guía del Vehículo Eléctrico. Conserjería de Economía y Hacienda de la Comunidad de Madrid, España, 2009. pp. 139-163

[6] MV and LV Residential Grid Impact of Combined Slow and Fast Charging of Electric Vehicles Niels Leemput ,, Frederik Geth , Juan Van Roy , Pol Olivella-Rosell , Johan Driesen and Andreas Sumper

[7] AMARILLA, J.M. La red de distribución eléctrica y la carga de los vehículos eléctricos. En: Fundación de la Energía de la Comunidad Madrid. Guía del Vehículo Eléctrico. Conserjería de Economía y Hacienda de la Comunidad de Madrid, España, 2009. pp. 165-182

[8] Impact analysis of vehicle-to-grid technology and charging strategies of electric vehicles on distribution networks. Salman Habib, Muhammad Kamran, Umar Rashid.

[9] Smart Distributionnetworks with hich penetration of electric vehicles: Challenges and solutions for eficient operation. .Patricio Benalcázar, Mauricio Samper y alberto Vargas

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